Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes:
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart [u.a.]
Teubner
2004
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| Ausgabe: | 1. Aufl. |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 622 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3519004879 |
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Abschnitt I: Physikalische Grundlagen
1 Strahlungsarten und Strahlungsfelder 11
1.1 Die atomare Energieeinheit eV 2
1.2 Korpuskeln 13
1.2.1 Relativistische Massenzunahme von Korpuskeln 16
1.2.2 Der klassische Grenzfall* 20
1.3 Photonen 21
1.3.1 Das klassische Wellenbild 22
1.3.2 Elektromagnetische Wellenpakete (Photonen) 26
1.4 Dualismus Teilchen Welle* 29
1.5 Beschreibung von Strahlungsfeldern* 33
1.5.1 Der stochastische Charakter von Strahlungsfeldern* 35
1.5.2 Nichtstochastische Strahlungsfeldgrößen* 37
1.5.3 Der Wirkungsquerschnitt* 39
2 Atombau 44
2.1 Historische Atommodelle* 44
2.2 Die Atomhülle 48
2.2.1 Aufbau der Atomhülle 48
2.2.2 Anregung und Ionisation von Atomhüllen 57
2.2.3 Hüllenstrahlung 58
2.2.3.1 Charakteristische Photonenstrahlung 60
2.2.3.2 Augerelektronen 62
2.2.3.3 Fluoreszenz und Augerelektronenausbeuten 63
2.3 Der Atomkern 66
2.3.1 Atomkernmodelle 69
2.3.2 Bindungsenergie und Massendefekt von Atomkernen 73
2.3.3 Anregung von Atomkernen und Separation von Nukleonen 76
2.4 Wichtige Begriffe der Atom und Kernphysik 78
3 Radioaktivität 82
3.1 Radioaktive Umwandlungsarten 82
Inhaltsverzeichnis 5
3.1.1 Der Alphazerfall 88
3.1.2 Die ß Umwandlungen 93
3.1.2.1 Die ß Umwandlung 98
3.1.2.2 Die ß+ Umwandlung 100
3.1.2.3 Der Elektroneneinfang (EC) 103
3.1.3 Die Gammaumwandlung 104
3.1.4 Die Innere Konversion (IC) 108
3.1.5 Spontane Kernspaltung, Neutronenquellen, Protonenzerfall 110
3.2 Das Zeitgesetz für den radioaktiven Zerfall 115
3.2.1 Aktivitätsdefinitionen 115
3.2.2 Formulierung des Zerfallsgesetzes 118
3.2.3 Aktivitätsanalyse und radioaktives Gleichgewicht* 125
3.3 Natürliche Radioaktivität 135
3.3.1 Die kosmogenen Radionuklide 135
3.3.2 Die primordialen Radionuklide 139
3.4 Künstliche Radioaktivität 146
4 Wechselwirkung ionisierender Photonenstrahlung 149
4.1 Der Photoeffekt 151
4.2 Der Comptoneffekt 155
4.2.1 Überblick über die Theorie des Comptoneffektes* 157
4.2.1.1 Berechnung der Energie des gestreuten Photons* 157
4.2.1.2 Winkelverteilungen der Comptonphotonen* 160
4.2.1.3 Energie und Winkelverteilungen der Comptonelektronen* 165
4.3 Die Paarbildung durch Photonen im Coulombfeld 170
4.4 Die klassische Streuung 173
4.5 Kernphotoreaktionen 174
4.6 Der Schwächungskoeffizient für Photonenstrahlung 178
4.7 Schwächungskoeffizient bei Stoffgemischen und Verbindungen* 184
4.8 Der Energieumwandlungskoeffizient für Photonenstrahlung 184
4.9 Der Energieabsorptionskoeffizient für Photonenstrahlung 189
5 Schwächung von Strahlenbündeln ungeladener Teilchen 193
5.1 Exponentielle Schwächung 193
5.2 Schwächung schmaler heterogener Strahlenbündel ungeladener Teilchen* 200
6 Inhaltsverzeichnis
5.3 Aufhärtung und Homogenität heterogener Photonenstrahlung* 201
5.4 Schwächung ausgedehnter, divergenter Strahlenbündel in dicken Absorbern* 206
6 Wechselwirkung von Neutronenstrahlung mit Materie 213
6.1 Elastische Neutronenstreuung 218
6.1.1 Labor und Schwerpunktsystem* 218
6.1.2 Neutronenrestenergie* 219
6.1.3 Energieübertrag durch Neutronen 221
6.1.4 Vielfachstreuung von Neutronen 221
6.1.5 Moderation und Lethargie von Neutronen* 221
6.1.6 Neutronenwechselwirkungen mit menschlichem Gewebe 224
6.2 Inelastische Neutronenstreuung 225
6.3 Neutroneneinfangreaktionen 225
6.3.1 Einfang langsamer Neutronen 225
6.3.2 Einfang schneller Neutronen 229
6.4 Neutroneninduzierte Kernspaltung und Spallation 230
7 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie 232
7.1 Das Bremsvermögen für geladene Teilchen 238
7.1.1 Das Stoßbremsvermögen 238
7.1.2 Das Strahlungsbremsvermögen 247
7.1.3 Richtungsverteilung der Bremsstrahlungsphotonen für Elektronen 251
Strahlung
7.1.4 Verhältnis von Stoß und Strahlungsbremsvermögen für Elektronen 252
7.2 Energiespektren von Elektronen in Materie 255
7.3 Das Streuvermögen für Elektronen 258
7.3.1 Transmission und Rückstreuung von Elektronen 261
7.4 Reichweiten geladener Teilchen 264
7.4.1 Reichweiten schwerer geladener Teilchen 264
7.4.2 Bahnlänge und Reichweiten monoenergetischer Elektronen 268
7.4.3 Reichweiten und Transmission von ß Strahlung 272
7.5 Wechselwirkungen negativer Pi Mesonen 275
8 Ionisierung und Energieübertragung 277
8.1 Ionisierungsvermögen und Ionisierungsdichte 277
8.2 Der Lineare Energietransfer (LET) 282
Inhaltsverzeichnis 7
8.3 Stochastische Messgrößen für die Mikrodosimetrie* 284
9 Strahlenschutzbegriffe, Dosisgrößen und Dosisleistungskonstanten 288
9.1 Allgemeine Strahlenschutzbegriffe 288
9.2 Physikalische Dosisgrößen 291
9.3 Die Dosisgrößen im Strahlenschutz 293
9.3.1 Die Äquivalentdosis 295
9.3.2 Die Ortsdosisgrößen 297
9.3.3 Die Personendosisgrößen 300
9.3.4 Die Organdosen 301
9.3.5 Die Effektive Dosis 304
9.4 Die bisherigen Dosisgrößen im Strahlenschutz* 307
9.4.1 Die bisherigen Dosismessgrößen* 307
9.4.2 Die bisherige Größe Äquivalentdosis* 308
9.4.3 Die bisherige Größe Effektive Äquivalentdosis* 310
9.5 Dosisleistungskonstanten 311
9.5.1 Kermaleistungskonstanten für Gammastrahler 311
9.5.2 Photonen Dosisleistungskonstanten im Strahlenschutz 318
9.5.2.1 Dosisleistungskonstanten von Gammastrahlern 318
9.5.2.2 Dosisleistungskonstanten für Bremsstrahlungen 320
9.5.3 Dosisleistungskonstanten für Röntgenstrahier 322
9.5.4 Dosisleistungskonstanten für reine Betastrahler 323
Abschnitt II: Biologische und epidemiologische Grundlagen
10 Grundlagen zur Strahlenbiologie der Zelle 325
10.1 Aufbau menschlicher Zellen 326
10.2 Die strahlenbiologische Wirkungskette in Zellen 339
10.3 DNS Schäden und ihre Reparatur 345
10.4 Dosiseffekt Beziehungen 354
10.4.1 Beschreibung von Dosiswirkungskurven* 357
10.4.2 Mathematische Beschreibung von Überlebenskurven* 358
10.5 Parameter der Strahlenwirkung 366
10.5.1 Der Sauerstoffeffekt 366
10.5.2 Chemische Modifikatoren der Strahlenwirkung 368
8 Inhaltsverzeichnis
10.5.3 Abhängigkeit der Strahlenwirkungen von der Zellzyklusphase 371
10.5.4 Abhängigkeit der Strahlenwirkung vom zeitlichen Bestrahlungsmus 373
ter
10.5.5 Einflüsse des morphologischen Zelldifferenzierungsgrades 377
10.5.6 Volumeneffekte der Strahlenwirkung 378
10.5.7 Temperaturabhängigkeit der Strahlenwirkung 379
10.6 Die Relative Biologische Wirksamkeit (RBW) 382
10.6.1 Die Dosisabhängigkeit der RBW* 383
10.6.2 Abhängigkeit der RBW vom Linearen Energietransfer LET* 387
10.6.3 RBW und Wichtungsfaktoren Q und wT im Strahlenschutz* 388
11 Strahlenwirkung und Strahlenrisiko 391
11.1 Deterministische Strahlenwirkungen 392
11.2 Stochastische Strahlenwirkungen 404
11.2.1 Dosis Wahrscheinlichkeitskurven für stochastische Schäden 405
11.2.2 Abschätzungen des stochastischen Stahlenrisikos 407
11.2.2.1 Abschätzung des Krebsrisikos 408
11.2.2.2 Heriditäres Schadensrisiko 414
11.3 Risiken pränataler Strahlenexposition 415
11.4 Altersabhängigkeit des stochastischen Strahlenrisikos 417
12 Strahlenschutzphantome 421
13 Strahlenexposition des Menschen 429
13.1 Natürliche Strahlenexposition 430
13.1.1 Externe terrestrische Strahlenexposition 430
13.1.2 Externe kosmische Strahlenexposition 436
13.1.3 Interne Strahlenexposition durch natürliche Radionuklide 441
13.1.3.1 Interne Strahlenexposition durch kosmogene Radionuklide 442
13.1.3.2 Interne Strahlenexposition durch primordiale Radionuklide 444
13.1.4 Zusammenfassung zur natürlichen Strahlenexposition 451
13.2 Zivilisatorisch bedingte Strahlenexposition 453
13.2.1 Medizinische Strahlenexposition 454
13.2.2 Kernwaffentests 457
13.2.3 Kernenergie 461
13.2.4 Energie und Wärmeerzeugung durch fossile Brennstoffe 463
Inhaltsverzeichnis 9
13.2.5 Weitere zivilisatorische Strahlungsquellen 464
13.2.6 Baumaterialien* 465
13.2.7 Berufliche Strahlenexposition 467
13.3 Zusammenfassung natürliche und zivilisatorische Strahlenexposition 469
Abschnitt III: Praktischer Strahlenschutz
14 Strahlenschutzrecht 472
14.1 Das System des Strahlenschutzrechtes 472
14.2 Strahlenschutzverantwortliche und Beauftragte, Anwender 475
14.3 Fachkunde im Strahlenschutz 478
14.4 Strahlenschutzbereiche 479
14.5 Grenzwerte 481
15 Praktischer Strahlenschutz 488
15.1 Allgemeine Maßnahmen zur Verringerung der Strahlenexposition 488
15.2 Berechnung von Abschirmungen und Schutzwänden* 492
15.2.1 Abschirmung direkt ionisierender Strahlung* 492
15.2.2 Abschirmungen von Neutronenstrahlung* 494
15.2.3 Berechnung von Gamma Abschirmungen und Schutzwänden* 495
15.2.4 Berechnung von Abschirmungen für Röntgenstrahlung* 500
15.2.5 Berechnung von Abschirmungen in der Nuklearmedizin* 506
16 Strahlenexpositionen in der medizinischen Radiologie 51
16.1 Strahlenexposition in der Projektionsradiografie 512
16.1.1 Körperdosisabschätzungen für Patienten 512
16.1.2 Expositionen des Personals in der Projektionsradiografie 520
16.1.2.1 Exposition im Nutzstrahl von Projektionsradiografieanlagen 520
16.1.2.2 Strahlenexposition des Personals im Streustrahlungsfeld von 523
Anlagen zur Projektionsradiografie
16.2 Strahlenexpositionen in der Computertomografie 525
16.2.1 Expositionen von Patienten bei CT Untersuchungen 525
16.2.1.1 CTDI und Dosislängenprodukt bei CT Untersuchungen* 526
16.2.1.2 Abschätzung der Patientendosis bei CT Untersuchungen 530
16.2.2 Strahlenexposition des Personals bei der Computertomografie 541
16.3 Strahlenexpositionen in der Nuklearmedizin 543
16.3.1 Strahlenexpositionen von Patienten 543
10 Inhaltsverzeichnis
16.3.2 Strahlenexpositionen des nuklearmedizinischen Personals 545
17 Anhang 552
17.1 Einheiten des Internationalen Einheitensystems SI, abgeleitete Einheiten 552
17.2 Physikalische Fundamentalkonstanten 556
17.3 Daten von Elementarteilchen, Nukleonen und leichten Nukliden 557
17.4 Massenschwächungskoeffizienten ilp für monoenergetische Photonen 558
17.5 Zusammensetzung der Massenphotonenwechselwirkungskoeffizienten für 560
Stickstoff und Blei
17.6 Massenenergieabsorptionskoeffizienten ijp für monoenergetische Photo 563
nen
17.7 Massenstoßbremsvermögen für monoenergetische Elektronen 566
17.8 Massenstrahlungsbremsvermögen für monoenergetische Elektronen 569
17.9 Bremsstrahlungsausbeuten für monoenergetische Elektronen 570
17.10 Reichweiten von Elektronen, Protonen und Alphateilchen in Luft und Was 571
ser
17.11 Dichten wichtiger dosimetrischer Substanzen 571
17.12 Gewebe Luft Verhältnisse für diagnostische Röntgenstrahlung 572
17.13 Patientenschwächungsfaktoren und Konversionsfaktoren für diagnostische 574
Röntgenstrahlung
17.14 Ortsdosisleistungen im Streustrahlungsfeld eines Computertomografen 575
17.15 Daten zum ICRP Referenzmenschen 576
17.16 Elemente des Periodensystems 579
18 Literatur 582
18.1 Lehrbücher und Monografien 582
18.2 Wissenschaftliche Einzelarbeiten 585
18.3 Nationale und internationale Protokolle und Reports zu Dosimetrie und 593
Strahlenschutz
18.4 Gesetze, Verordnungen und Richtlinien zum Strahlenschutz, gültig für die 598
Bundesrepublik Deutschland
18.5 Deutsche Industrie Normen zu Dosimetrie und Strahlenschutz 600
18.6 Wichtige Internetadressen 603
Sachregister 605
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